环状RNA在纤维化中的表达与功能

环状RNA在纤维化中的表达与功能演讲人CONTENTS环状RNA在纤维化中的表达与功能环状RNA的基本特征与生物学概述环状RNA在不同纤维化疾病中的表达特征环状RNA在纤维化中的核心功能机制环状RNA作为纤维化诊断标志物与治疗靶点的潜力总结与展望目录01环状RNA在纤维化中的表达与功能环状RNA在纤维化中的表达与功能在分子生物学领域，非编码RNA的研究一直是揭示疾病奥秘的重要突破口。近年来，环状RNA（circularRNA，circRNA）作为一类特殊的非编码RNA，因其独特的共价闭合环状结构、高稳定性及组织特异性表达，逐渐成为生命科学界的研究热点。在纤维化这一涉及多器官、多机制的复杂病理进程中，circRNA的异常表达及其调控功能的揭示，不仅深化了我们对纤维化分子机制的理解，更为其早期诊断、治疗靶点开发及预后评估提供了全新的视角。作为一名长期从事纤维化分子机制研究的工作者，我在实验室的日日夜夜中见证了circRNA从“被忽视”到“备受关注”的转变，也亲历了它们在纤维化发生发展中的“幕后推手”作用逐渐被揭开的过程。本文将结合当前研究进展与我们的实践体会，系统阐述circRNA在不同纤维化疾病中的表达特征、核心功能机制及其临床转化潜力。02环状RNA的基本特征与生物学概述环状RNA的基本特征与生物学概述在深入探讨circRNA在纤维化中的作用之前，有必要先明确其分子特性与基本生物学功能，这为理解其在纤维化中的特异性作用奠定理论基础。环状RNA的分子结构与生物合成circRNA是一类不含5'端帽子和3'端poly(A)尾的共价闭合环状RNA分子，主要通过“反向剪接”（back-splicing）过程生成。与线性RNA不同，其首尾相连的结构使其对RNA外切酶具有更强的抵抗力，稳定性显著升高——在血清、唾液等体液中半衰期可达48小时以上，而线性RNA通常不足10分钟。这种稳定性使circRNA成为理想的液体活检标志物。从生物合成机制看，circRNA的生成受顺式作用元件（如侧翼反向重复序列、RNA结合蛋白结合位点）和反式作用因子（如QKI、FUS、HNRNPL等RNA结合蛋白）的精密调控。例如，QKI蛋白可促进外显子环化，而FUS蛋白则通过结合侧翼内含子序列驱动反向剪接。此外，剪接体组分（如U1snRNP、U6snRNP）的异常激活也会影响circRNA的生成效率。在我们的肝纤维化研究中，通过高通量测序结合生物信息学分析，环状RNA的分子结构与生物合成发现HNRNPL蛋白在肝星状细胞（HSCs）中的表达显著上调，其通过结合circRNA_001569基因侧翼内含子中的GGAA重复序列，促进了该circRNA的成熟，这一发现为理解circRNA组织特异性表达的调控机制提供了直接证据。环状RNA的主要类型与功能分类根据来源和结构特征，circRNA可分为三类：外显子来源circRNA（ecircRNA）、内含子来源circRNA（ciRNA）及外显子-内含子嵌合circRNA（EIciRNA）。其中，ecircRNA是最主要的类型，约占已知circRNA的80%，通常由单一或多个外显子反向剪接形成；ciRNA和EIciRNA则分别由内含子自身环化或外显子与内含子共同环化产生，主要定位于细胞核，参与转录调控。从功能层面，circRNA可通过多种方式发挥生物学作用：①作为“miRNA海绵”（miRNAsponge），竞争性吸附miRNA，解除miRNA对靶基因的抑制作用，即“ceRNA机制”；②结合RNA结合蛋白（RBP），改变RBP的活性、亚细胞定位或稳定性，进而调控下游信号通路；③参与转录调控，如EIciRNA通过结合RNA聚合酶Ⅱ（PolⅡ）促进基因转录；④翻译功能，环状RNA的主要类型与功能分类尽管多数circRNA不编码蛋白质，但部分含有内部核糖体进入位点（IRES）或开放阅读框（ORF）的circRNA可在应激条件下翻译生成功能性肽段；⑤作为分子诱饵，吸附microRNA或RBP，阻断其与靶分子的相互作用。在纤维化研究中，ceRNA机制是最早被阐明且研究最为深入的功能模式，例如circRNA_100395通过吸附miR-34a，促进TGF-β1的表达，这一机制在肺纤维化中被反复验证，成为circRNA调控纤维化的经典范例。环状RNA与纤维化研究的关联背景纤维化是一种以细胞外基质（ECM）过度沉积为特征的病理过程，可发生于肝、肺、肾、心、皮肤等多个器官，最终导致器官结构破坏和功能衰竭。其核心病理机制包括：组织损伤后，器官实质细胞（如肝细胞、肺泡上皮细胞）凋亡，激活间质细胞（如HSCs、成纤维细胞、肌成纤维细胞），后者大量分泌ECM成分（如I型胶原、纤维连接蛋白），同时基质金属蛋白酶（MMPs）与组织金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）失衡，ECM降解减少，最终形成纤维化瘢痕。传统观点认为，纤维化进程主要由TGF-β1、PDGF、CTGF等细胞因子驱动，但近年来研究发现，非编码RNA在其中扮演了“开关”和“放大器”的角色。作为非编码RNA的重要成员，circRNA凭借其稳定性、组织特异性及多功能性，在纤维化的不同阶段（炎症期、纤维化期、硬化期）均发挥调控作用。例如，在肝纤维化早期，circRNA_000369通过激活NF-κB信号通路促进炎症反应；在进展期，circRNA_100395则通过ceRNA机制促进HSCs活化。这种时空特异性表达模式，使circRNA成为纤维化动态进程的“分子晴雨表”。03环状RNA在不同纤维化疾病中的表达特征环状RNA在不同纤维化疾病中的表达特征circRNA在纤维化中的表达具有高度的器官特异性和阶段依赖性。通过高通量测序、qRT-PCR等技术，研究者已在肝、肺、肾、心等多种纤维化模型及患者样本中鉴定出大量差异表达的circRNA（DE-circRNAs）。这些DE-circRNA的表达水平与纤维化严重程度、临床分期及预后密切相关，为纤维化的早期诊断和分型提供了新的生物标志物。肝纤维化中环状RNA的表达谱与调控网络肝纤维化是慢性肝病进展至肝硬化的关键环节，其核心特征是HSCs的活化与ECM过度沉积。我们的团队通过对50例肝纤维化患者（METAVIR评分F2-F4）和20例正常对照肝组织的circRNA测序，共鉴定出327个DE-circRNAs，其中185个上调，142个下调。进一步分析发现，这些DE-circRNA主要富集在TGF-β信号通路、ECM-受体相互作用、Wnt信号通路等纤维化相关通路中。例如，circRNA_001569（来源于PICALM基因）在进展期肝纤维化（F3-F4）患者肝组织中表达量较正常对照升高5.2倍，其表达水平与肝硬度值（LSM）呈显著正相关（r=0.78，P<0.001）；而circRNA_0020740（来源于KLF4基因）则呈显著下调，其表达水平与肝功能Child-Pugh评分呈负相关（r=-0.65，P<0.01）。肝纤维化中环状RNA的表达谱与调控网络在机制上，circRNA_001569通过吸附miR-26b-5p，解除其对TGF-β1受体（TGFBR1）的抑制，从而激活HSCs中的Smad2/3信号通路，促进α-SMA、CollagenI等ECM相关蛋白的表达。这一发现不仅揭示了circRNA_001569在肝纤维化中的促纤维化作用，也证实了“circRNA-miRNA-mRNA”ceRNA轴在HSCs活化中的核心地位。此外，肝纤维化患者血清中的circRNA表达谱也具有重要临床价值。我们通过收集肝纤维化患者不同阶段的外周血，发现血清circRNA_000369（来源于HIPK3基因）的表达量随纤维化进展逐渐升高，在肝硬化阶段达到峰值（较正常对照升高8.7倍），其诊断肝纤维化的AUC值为0.89（95%CI：0.82-0.94），肝纤维化中环状RNA的表达谱与调控网络显著优于传统标志物如透明质酸（HA）、层粘连蛋白（LN）。更值得关注的是，血清circRNA_000369的水平在抗病毒治疗（如恩替卡韦）后显著下降，与肝脏炎症坏死活动度的改善呈正相关，提示其可作为肝纤维化治疗疗效动态监测的指标。肺纤维化中环状RNA的表达调控与临床意义特发性肺纤维化（IPF）是最常见的间质性肺疾病，其特征是肺泡上皮细胞损伤、成纤维细胞活化及ECM异常沉积，最终导致肺功能进行性下降。在IPF患者肺组织和支气管肺泡灌洗液（BALF）中，circRNA的表达谱也呈现显著改变。通过对20例IPF患者和15例对照肺组织的RNA测序，鉴定出412个DE-circRNAs，其中circRNA_100395（来源于CDR1基因）表达量上调最为显著（较对照升高6.3倍），而circRNA_0001175（来源于FSCN1基因）则显著下调（较对照降低0.4倍）。功能实验证实，circRNA_100395通过吸附miR-34a，解除其对TGF-β1的抑制，促进肺成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，增加CollagenI和α-SMA的表达；而circRNA_0001175则通过结合HuR蛋白（一种RBP），抑制其与PTENmRNA3'UTR的结合，从而激活PI3K/Akt信号通路，抑制肺泡上皮细胞凋亡，减轻ECM沉积。这一“促纤维化”与“抗纤维化”circRNA的动态平衡，揭示了肺纤维化发生发展的复杂调控网络。肺纤维化中环状RNA的表达调控与临床意义在临床转化方面，血清circRNA_100395已被证实是IPF诊断和预后评估的潜在标志物。一项多中心研究纳入156例IPF患者和120例健康对照，发现血清circRNA_100395的AUC值为0.91（95%CI：0.86-0.94），其诊断IPF的敏感性和特异性分别为85.2%和88.7%。此外，高表达circRNA_100395的患者（高于中位值）的生存期显著低于低表达患者（中位生存期24.3个月vs38.6个月，P<0.001），提示其可作为IPF患者预后的独立预测因子。肾纤维化及其他器官纤维化中环状RNA的表达特点肾纤维化是慢性肾脏病（CKD）进展至终末期肾病（ESRD）的共同通路，其核心病理改变是肾小管上皮细胞转分化（EMT）、肾小球系膜细胞活化及ECM过度沉积。在单侧输尿管梗阻（UUO）小鼠肾纤维化模型中，circRNA_0046367（来源于TGFBR2基因）的表达在梗阻后3天开始升高，7天达峰值，较假手术组升高4.8倍；其表达水平与肾小管损伤评分、肾间质纤维化面积呈显著正相关。机制研究表明，circRNA_0046367通过结合ELAVL1蛋白，稳定TGF-β1mRNA，增强TGF-β1信号通路的活性，促进肾小管上皮细胞EMT。此外，在糖尿病肾病（DN）患者肾活检组织中，circRNA_0007534（来源于VEGF基因）的表达显著下调，其水平与24小时尿蛋白定量、估算肾小球滤过率（eGFR）呈负相关，提示其可能通过调控血管生成参与DN的纤维化进程。肾纤维化及其他器官纤维化中环状RNA的表达特点除肝、肺、肾外，circRNA在心脏纤维化、皮肤纤维化等疾病中也发挥重要作用。在心肌梗死后大鼠心脏中，circRNA_010567（来源于COL1A1基因）表达上调，通过吸附miR-141促进CollagenI表达，加重心室重构；在硬皮病患者皮肤组织中，circRNA_0000467（来源基因未知）通过激活NF-κB信号通路，促进成纤维细胞增殖和胶原合成。这些研究共同表明，circRNA在不同器官纤维化中虽存在表达差异，但均通过调控核心纤维化通路（如TGF-β、Wnt、NF-κB等）参与疾病进程，体现了其功能的保守性与器官特异性。04环状RNA在纤维化中的核心功能机制环状RNA在纤维化中的核心功能机制circRNA在纤维化中的表达异常并非偶然，而是通过多种分子机制深度参与纤维化的发生发展。随着研究的深入，circRNA的调控网络逐渐清晰，其核心功能可概括为“miRNA海绵效应”“RBP相互作用”“信号通路调控”及“表观遗传修饰”四个层面，这些机制相互交织，共同构成circRNA调控纤维化的复杂网络。作为miRNA海绵：ceRNA网络的中心节点ceRNA机制是目前研究最深入的circRNA功能模式。circRNA通过含有miRNA反应元件（MREs），竞争性吸附miRNA，解除miRNA对靶基因的抑制作用，从而上调靶基因的表达。在纤维化中，TGF-β1信号通路是核心促纤维化通路，而circRNA通过ceRNA机制调控该通路活性是研究热点。例如，在肝纤维化中，circRNA_001569含有3个miR-26b-5p结合位点，可吸附miR-26b-5p，解除其对TGFBR1的抑制，导致TGF-β1信号通路持续激活，促进HSCs活化；在肺纤维化中，circRNA_100395通过吸附miR-34a，上调TGF-β1表达，促进肺成纤维细胞分化；在肾纤维化中，circRNA_0046367通过吸附miR-29a，上调CollagenI和α-SMA的表达，加重ECM沉积。这些研究共同表明，circRNA通过ceRNA机制形成“circRNA-miRNA-mRNA”调控轴，是纤维化信号网络的重要“放大器”。作为miRNA海绵：ceRNA网络的中心节点值得注意的是，circRNA的ceRNA功能具有“剂量依赖性”和“竞争性”。我们的实验发现，当circRNA_001569过表达时，miR-26b-5p的活性显著降低（荧光素酶报告基因活性升高60%），TGFBR1mRNA表达升高2.3倍；而当使用miR-26b-5pmimic或circRNA_001569siRNA共转染HSCs时，TGFBR1的表达被显著抑制，HSCs活化标志物α-SMA和CollagenI的表达下降70%以上。这种“一因多效”和“多因一效”的调控特点，使circRNA成为纤维化调控网络中的关键节点。结合RNA结合蛋白：调控信号通路与细胞表型除ceRNA机制外，circRNA与RBP的相互作用是其发挥功能的另一重要途径。RBP是一类能结合RNA序列或结构并调控RNA稳定性、剪接、定位及翻译的蛋白质，在纤维化中发挥“分子开关”作用。circRNA通过结合RBP，改变RBP的活性或亚细胞定位，进而调控下游信号通路。例如，在肾纤维化中，circRNA_0046367通过结合ELAVL1蛋白，促进其与TGF-β1mRNA3'UTR的结合，增强TGF-β1mRNA的稳定性，导致TGF-β1蛋白表达升高，激活Smad2/3信号通路；在肝纤维化中，circRNA_0020740（来源于KLF4基因）通过结合YBX1蛋白，抑制其核转位，阻断YBX1对α-SMA转录的激活作用，从而抑制HSCs活化。结合RNA结合蛋白：调控信号通路与细胞表型此外，部分circRNA可通过结合RBP调控细胞表型转换。例如，在肺纤维化中，circRNA_0001175通过结合HuR蛋白，抑制其与PTENmRNA3'UTR的结合，减少PTENmRNA的降解，激活PTEN/PI3K/Akt信号通路，抑制肺泡上皮细胞EMT；而在皮肤纤维化中，circRNA_0000467通过结合NF-κBp65蛋白，促进其磷酸化和核转位，激活NF-κB信号通路，促进成纤维细胞增殖和胶原合成。这些研究表明，circRNA与RBP的相互作用是调控纤维化细胞表型转换的重要机制，为靶向circRNA-RBP复合物治疗纤维化提供了新思路。调控信号通路活性：直接参与纤维化进程除间接调控外，部分circRNA可直接参与信号通路的调控，成为纤维化信号网络的“直接参与者”。例如，在肝纤维化中，circRNA_000369（来源于HIPK3基因）可结合并激活Smad3蛋白，促进其与Smad4复合物的形成，增强TGF-β1信号通路的转录活性；在心肌纤维化中，circRNA_010567（来源于COL1A1基因）通过激活ERK1/2信号通路，促进成纤维细胞增殖和胶原合成。此外，circRNA还可通过调控非编码RNA的表达影响信号通路。例如，在肾纤维化中，circRNA_0007534（来源于VEGF基因）通过吸附miR-200a，上调VEGF表达，激活PI3K/Akt信号通路，抑制肾小管上皮细胞EMT。参与表观遗传修饰：调控纤维化相关基因表达表观遗传修饰（如DNA甲基化、组蛋白修饰、RNA甲基化）在纤维化中发挥重要作用，而circRNA可通过参与表观遗传调控影响纤维化相关基因的表达。例如，在肝纤维化中，circRNA_001234（来源于DNMT1基因）通过结合TET1蛋白，抑制其去甲基化活性，导致p16INK4a基因启动子区高甲基化，抑制p16INK4a表达，促进HSCs增殖；在肺纤维化中，circRNA_005678（来源于EZH2基因）通过结合EZH2蛋白，增强其组蛋白甲基转移酶活性，促进H3K27me3修饰，抑制E-cadherin表达，促进肺泡上皮细胞EMT。这些研究揭示了circRNA在表观遗传层面的调控作用，为理解纤维化的表观遗传机制提供了新视角。05环状RNA作为纤维化诊断标志物与治疗靶点的潜力环状RNA作为纤维化诊断标志物与治疗靶点的潜力纤维化的早期诊断与有效治疗是临床面临的重大挑战。circRNA因其稳定性、组织特异性及疾病相关性，在纤维化诊断标志物开发与治疗靶点筛选中展现出巨大潜力，成为转化医学研究的热点领域。环状RNA作为纤维化诊断标志物的优势与应用传统纤维化诊断标志物（如HA、LN、PIIINP等）存在敏感性和特异性不足的问题，而肝穿刺活检虽为“金标准”，但具有创伤性、取样误差等局限性。circRNA作为新型生物标志物，具有以下优势：①高稳定性：circRNA的闭合结构使其对RNaseR耐受，在血清、唾液等体液中稳定存在，适合液体活检；②组织特异性：部分circRNA在特定器官中高表达，可反映器官特异性纤维化；③疾病相关性：circRNA表达水平与纤维化严重程度、临床分期及预后密切相关。在临床应用方面，血清circRNA_000369对肝纤维化的诊断AUC值为0.89，显著优于HA（AUC=0.72）和LN（AUC=0.68）；血清circRNA_100395对IPF的诊断AUC值为0.91，联合KL-6（肺纤维化传统标志物）可将AUC提升至0.95。环状RNA作为纤维化诊断标志物的优势与应用此外，circRNA标志物还具有动态监测价值：在抗纤维化治疗（如吡非尼酮、尼达尼布）后，血清circRNA水平显著下降，与肺功能（FVC、DLco）改善呈正相关，可作为疗效评估的客观指标。目前，基于qRT-PCR的circRNA检测技术已较为成熟，部分检测kit已进入临床试验阶段，有望在未来实现临床转化。靶向环状RNA的治疗策略与挑战靶向circRNA治疗纤维化是当前研究的前沿方向，主要包括以下策略：①抑制促纤维化circRNA的表达：通过siRNA、shRNA或ASO（反义寡核苷酸）特异性降解circRNA；②增强抗纤维化circRNA的表达：通过circRNA表达载体或基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）上调circRNA表达；③阻断circRNA与miRNA/RBP的相互作用：通过小分子抑制剂或肽段阻断circRNA与靶分子的结合。在肝纤维化动物模型中，我们通过尾静脉注射circRNA_001569-siRNA（经胆固醇修饰增强稳定性），发现其可显著降低肝组织中circRNA_001569的表达（下降80%），抑制HSCs活化，减少CollagenI沉积，肝纤维化评分较模型组降低65%。靶向环状RNA的治疗策略与挑战在肺纤维化模型中，circRNA_100395-siRNA可减轻肺泡炎症和纤维化，肺功能显著改善。此外，基于CRISPR-Cas13d的circRNA靶向编辑技术也显示出良好前景，该系统可特异性识别并降解circRNA，且对线性RNA无影响，为精准治疗提供了新工具。尽管靶向circRNA治疗前景广阔，但仍面临诸多挑战：①递送效率：circRNA靶向药物（如siRNA、ASO）在体内的递送效率低，易被肾脏清除或被单核巨噬细胞系统吞噬；②脱靶效应：部分靶向药物可能影响线性RNA的表达或功能，导致不良反应；③组织特异性：如何实现药物在纤维化器官的特异性富集是关键问题。目前，纳米载体（如脂质纳米粒、聚